地球上的水，比地球還古老？
如果你在某個周末前往荷蘭萊頓的諾德韋克海灘，你很有可能會遇到一位60多歲的女性，她可能在沙灘上悠閑地漫步，也可能在水裡閑適地游泳，這片海域能讓她放鬆，有助於她保持頭腦的清醒。在那片土地生長的人似乎總是不可避免地會與水發生聯繫，她也不例外。如果有你有幸與她交流，那麼她很可能會跟你談到一個或許沒有人會發問卻異常深刻的大問題：水，從何而來？
這位總是一邊感受著海洋的浩瀚、一邊思考著水的宇宙起源的女性名叫Ewine van Dishoeck，她是一名天體化學家。在上個世紀80年代，她的研究工作徹底改變了我們對宇宙化學的理解，她也因這些發現而獲得了2018年的Kavli天體物理學獎。
Ewine van Dishoeck在諾德韋克海灘上。| 圖片來源： Quanta Magazine
在過去的30年里，van Dishoeck一直試圖解開的謎題，便是地球上的水有著怎樣的宇宙起源。她的發現得出了一個驚人的結論：水分子比太陽更加古老。
在萊頓大學，van Dishoeck和同事通過結合理論、觀測和實驗發現，水起源於氣體和塵埃組成的星際雲。在45億年前，星際雲在引力的作用下坍縮，形成了今天的太陽系。在那片古老的雲團里，塵埃顆粒與氫原子和氧原子不斷碰撞，使得這兩種原子得以彼此相遇，接著在周圍的氣體中結合在一起。於是，冰就開始堆積在這些塵埃顆粒的表面之上。
Van Dishoeck說：「我們在地球上看到的所有水，以及為我們身體里的所有（水）分子，早在太陽系中坍縮的星際雲的塵埃顆粒表面形成。」
諾德韋克海灘上的沙子、海水與貝殼。| 圖片來源： Quanta Magazine
當她走在諾德韋克海灘的沙粒之上時，她會陷入沉思——在太陽系的形成過程中，星際塵埃顆粒以及水都扮演著怎樣的角色？覆蓋在表面上的冰使塵埃顆粒具有粘性，這一點至關重要，因為這意味著當星際雲向內坍縮形成原太陽後，在其軌道上呼嘯而過的冰粒在相撞時會粘在一起。這些顆粒先是長成小小的鵝卵石，然後長成巨石，接著長成星子……最終在經過多次劇烈碰撞後，形成了行星。
換句話說，水不僅對行星上的生命至關重要，更是促進了行星本身的生長。在遙遠的星際雲中，Van Dishoeck和她的同事也觀察到了大量冰的痕迹，這表明同樣的故事在整個宇宙中不斷地重演，也就是說有水存在的行星世界或許並不罕見。
除了經常去海灘之外，van Dishoeck也像許多的自然科學家一樣，喜歡徒步旅行和露營。陪伴她一同前往的是另一名天文學家——她的丈夫。她說：「靈感是雙向的。有時候，你已經有了一個已在不斷研究的想法，然後突然間，你發現你在自然界也看到了相同的東西。反之亦然——自然也會將其他想法帶來給你。」
每年夏天，這對夫婦都要在美國西部度過兩周時間，關掉筆記本電腦和手機。他們今年安營紮寨的地點位於內華達山脈東部那白雪皚皚的火山之間，這裡的風光曾經為van Dishoeck帶來靈感。
白雪皚皚的內華達山脈。雪線是年降雪量與年消融量相等的平衡線，在雪線以上，年降雪量大於消融量，降雪逐年加積，形成常年積雪。| 圖片來源：G. Thomas
雪線標示著水從氣態轉變為固態的高度，這向她暗示，同樣的現象也發生在星際雲以及從中產生的行星系統中。在遠離恆星的雪線處，覆蓋在塵埃顆粒上的冰會維持凍結狀態，這使得顆粒更有粘性，從而幫助行星長得更大一些。我們地球最大的鄰居——木星，就剛好越過太陽系的雪線。
van Dishoeck說：「我有過的一些最好的想法，無疑是在我身處大自然之中時產生的，那些地方有水、有雪，還有冰。」
地球上之所以有水，或許正是由於在太陽系外圍「閑晃」的巨大含冰星子的後期碰撞。但是，為什麼地球能被水覆蓋，而鄰近的金星和火星卻沒有呢？Van Dishoeck認為，一種可能性是，這些行星在形成時都有著相同的相對水量，但是金星丟失了更多的水是因為金星的溫度更高，而火星則是因為質量更小，導致許多水逃逸了。
龐大的木星剛好越過太陽系的雪線。| 圖片來源：WP
Van Dishoeck已經向我們證明，籠罩著星系的星際雲的分子組成與恆星和行星的形成過程密切相關。而可以肯定的是，水——無疑是一個關鍵因素，無論是在地球，還是大到整個宇宙。
參考來源：
https://www.quantamagazine.org/ewine-van-dishoeck-the-netherlander-who-traced-waters-origin-20181101/
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